무지개는 왜 생길까? 비 온 뒤 하늘에 그려지는 일곱 빛깔의 비밀

비가 그친 후 맑게 갠 하늘에 나타나는 무지개는 동화 속 한 장면 같은 설렘을 줍니다. 어릴 적 무지개가 시작되는 곳에는 보물이 숨겨져 있다는 이야기를 들어보신 적 있나요? 사실 무지개는 보물보다 더 신비로운 빛과 물방울의 물리적 상호작용이 만들어낸 예술 작품입니다.

오늘은 과학적인 근거를 바탕으로 무지개가 생성되는 원리와 왜 꼭 '비 온 뒤'에만 나타나는지 그 이유를 알기 쉽게 풀어드리겠습니다.

1. 무지개 생성의 핵심 원리: 굴절, 반사, 분산

무지개는 단순히 '빛'이 아니라, 공기 중에 떠 있는 수많은 물방울이 작은 '프리즘' 역할을 하여 만들어집니다. 태양광이 물방울 속으로 들어가면서 세 가지 과정을 거치게 됩니다.

굴절(Refraction): 빛이 공기에서 물속으로 들어가면서 속도가 변해 꺾이는 현상입니다.
반사(Reflection): 물방울 안쪽 벽에 부딪힌 빛이 튕겨 나오는 과정입니다.
분산(Dispersion): 백색광인 태양광이 각기 다른 파장(색깔)에 따라 서로 다른 각도로 꺾여 일곱 빛깔로 나누어지는 현상입니다.

2. 왜 비가 온 뒤에만 무지개가 보일까?

무지개가 만들어지려면 재료가 필요합니다. 바로 '공기 중의 수분'과 '강한 햇빛'입니다.

비가 내리는 중에는 구름이 햇빛을 가리기 때문에 무지개가 생기기 어렵습니다. 하지만 비가 그친 직후에는 공기 중에 미세한 물방울(수증기)이 가득 남아 있고, 구름 사이로 햇빛이 강하게 내리쬐기 때문에 무지개가 형성될 최적의 조건이 갖춰집니다.

3. 무지개가 항상 '반원형'인 이유

우리가 보는 무지개는 늘 활 모양의 반원형입니다. 이는 우리가 지표면에 서 있기 때문입니다. 사실 무지개의 본래 모습은 완벽한 원형입니다.

빛이 물방울에서 굴절되어 나올 때, 빨간색 빛은 약 $42^{\circ}$ 의 각도로 꺾여 나옵니다. 관찰자를 중심으로 이 일정한 각도를 유지하는 지점들을 연결하면 원이 되는데, 지평선 아래쪽은 가려지기 때문에 우리 눈에는 반원만 보이게 되는 것입니다. (비행기 위에서는 원형 무지개를 볼 수도 있습니다!)